Latihan Aspen Plus Bab 3

Seberapa paham anda?

Salah satu fitur yang berguna di Aspen Plus pada model Separator adalah “Flash3” model ini dapat digunakan untuk memprediksi koefisien zat terlarut antar fase, seperti 1-oktanol dan air. Koefisien interaksi oktanol-air merupakan sifat fisik yang digunakan untuk menggambarkan sifat lipofilik atau hidrofobik atau selektivitas bahan kimia. Koefisien interaksi ini merupakan rasio konsentrasi bahan kimia antara fase oktanol ke dalam fase air yang berada pada fase setimbang. Nilai yang diperoleh berkisar < 10⁻⁴ hingga > 10⁺⁸ (12x lebih besar), logaritma (Log P) biasanya digunakan untuk mengkarakterisasi nilainya. Log P atau Log Kow merupakan parameter penting dalam menggambarkan besaran kuantitatif hubungan struktur-aktivitas (QSARs) yang dikembangkan untuk farmasi, ilmu lingkungan, biokimia, dan toksikologi.

Mari kita tunjukkan penerapan konsep ini melalui flowsheet proses berikut. Kami memiliki tiga aliran: “H2O” dengan laju aliran 45 kmol/jam air murni pada 25^oC dan 1 atm; “SOLUTE” dengan aliran laju 10 kmol/jam zat terlarut murni pada 25^oC dan 1 atm; dan “OCTANOL” dengan laju alir 45 kmol/jam 1-oktanol murni pada 25^oC dan 1 atm. Zat terlarut akan bervariasi dari satu ke studi kasus lain. Ketiga aliran memasuki mixer untuk membentuk aliran produk “TRI-MIX”, yang akan dikirim, sebagai umpan, ke pemisah tipe “Flash3”. Pemisah tipe “Flash3” pada dasarnya akan membagi umpan menjadi dua fase cair yang tidak bercampur: pelarut organik (C8OHFAZE) dan air (H2OPHASE). Gambar dibawah menunjukkan flowsheet proses ini. Zat terlarut akan mengasumsikan salah satu senyawa alkohol berikut: metanol, etanol, 1-propanol, 1-butanol, 1-pentanol, dan 1-heksanol.

Menggunakan template “Chemicals with Metrics Units”, buat proyek Aspen Plus. Di bagian “Properties“, tambahkan komponen berikut: metanol, etanol, 1-propanol, 1-butanol, 1-pentanol, 1-hexanol, 1-oktanol, dan air. Metode properti default adalah “NRTL“. Pastikan bahwa opsi: “Estimate missing parameters by UNIFAC” dipilih di bawah lembar “Methods”|“Parameters”|“Binary Interaction”|“NRTL-1”. Klik “Reset” diikuti dengan tombol “Next” untuk menjalankan simulasi di bawah lingkungan “Properties” dan perhatikan pesan “Control Panel” untuk kesalahan atau peringatan serius. Beralih ke lingkungan “Simulation” dan di bawah folder “Property Sets”, klik tombol “New…” untuk membuat set properti baru bernama “ALCOHOL” dan atributnya didefinisikan seperti pada Gambar dibawah.

Setelah menentukan set property “ALCOHOL”, buka “Setup”|“Report Option” |”Stream” dan klik tombol “Propertiy Sets” untuk memilih “ALCOHOL“.

Kemudian, selesaikan tugas berikut:

1. Tambahkan satu jenis mixer “TRIANGLE” dari “Model Palette” di bawah tab “Mixers/ Splitters” dan ubah namanya menjadi “MIXER-1”.

2. Tambahkan tiga aliran umpan: “H2O“, “SOLUTE“, dan “OCTANOL“.

3. Tambahkan satu aliran produk: “TRI-MIX”.

4. Untuk aliran “H2O”, masukkan T=25^oC, P=1 atm, dan laju aliran=45 kmol/jam air murni.

5. Untuk aliran “OCTANOL”, masukkan T=25^oC, P=1 atm, dan laju aliran=45 kmol/jam oktanol murni.

6. Untuk aliran “SOLUTE”, masukkan T=25^oC, P=1 atm, dan laju aliran=10 kmol/jam metanol murni.

7. Masukkan suhu “MIXER-1” sebagai 25^oC.

8. Klik tombol “Reset” diikuti dengan tombol “Next” untuk menjalankan simulasi.

9. Di “Control Panel”, lihat apakah ada peringatan atau kesalahan serius yang memerlukan tindakan oleh pengguna.

10. Simpan pekerjaan Anda.

11. Setelah Anda berhasil mendapatkan hasil yang sukses dan masuk akal, tambahkan pemisah tipe “Flash3” dari “Model Palette” di bawah tab “Separators” dan beri nama “FLASH1“. Sambungkan kembali tujuan aliran “TRI-MIX” sebagai umpan ke blok “FLASH1“.

12. Tambahkan tiga aliran keluaran yang diperlukan: “VAPOR“, “C8OHFAZE“, dan “H2OPHASE“.

13. Masukkan temperatur dan tekanan “FLASH1” sebagai 25^oC dan 1,0 atm.

14. Klik tombol “Reset” diikuti dengan tombol “Next” untuk menjalankan simulasi.

15. Di “Control Panel”, lihat apakah ada peringatan atau kesalahan serius yang memerlukan tindakan oleh pengguna.

16. Simpan pekerjaan Anda.

17. Setelah berhasil mendapatkan hasil yang sukses dan masuk akal, buka lembar “Results Summary”|“Streams” dan lihat konsentrasi molar larutan alkohol (dalam hal ini C1OH) dalam dua aliran cairan keluaran: “C8OHFAZE” dan “H2OPHASE“, seperti yang ditunjukkan pada Gambar diabawah.

18. Hitung Log₁₀ K_ow = Log₁₀ ([C1OH_octanol]/[C1OH_air])=Log₁₀ [(1,057/3,758)].

19. Ubah jika perlu dari metanol menjadi anggota kedua dari keluarga zat terlarut alkohol, yaitu etanol. Secara khusus, definisi set properti: “ALCOHOL” dan jenis laju aliran “SOLUTE“.

20. Klik tombol “Reset” diikuti dengan tombol “Next” untuk menjalankan simulasi.

21. Di “Control Panel“, lihat apakah ada peringatan atau kesalahan serius yang memerlukan tindakan.

22. Setelah mendapatkan hasil yang sukses dan masuk akal, buka “Results Summary” | “Stream” dan lihat konsentrasi molar alkohol terlarut (dalam hal ini C2OH) dalam dua aliran cairan output: “C8OHFAZE” dan “H2OPHASE”.

23. Hitung Log₁₀ K_ow = Log₁₀ ([C2OH_octanol]/[C2OH_air])

24. Ulangi langkah: 19 sampai 23 untuk anggota keluarga alkohol terlarut lainnya.

25. Apa yang dimaksud dengan nilai negatif dari Log₁₀ K_ow? Apa yang dimaksud dengan nilai positif? Apa yang dimaksud dengan nilai nol?

26. Anda dapat menambahkan sebanyak yang Anda inginkan dari daftar komponen yang terdapat di bank data Aspen Plus, dalam bentuk kelompok deret homolog. Sebagai contoh, alkana, alkena, aldehida, keton, eter, peroksida, asam karboksilat, dan aromatik dapat diurutkan secara menaik atau menurun berdasarkan kelarutan dalam air. Melakukan hal itu akan memberi Anda wawasan yang lebih baik tentang sifat lipofilik (atau hidrofobik) bahan kimia dalam hal kelarutan preferensial dalam fase organik, berair, atau keduanya.

Sumber referensi: Kamal. I.A.M., Aspen Plus® Chemical Engineering Applications